作者：张冰雪　高满军　陈伟江　于晓菲　

摘要：针对万家寨水电站运行实际，就电站科学安排生产计划、优化设备运行方式、提高自动化水平、努力降低耗水率、减少生产成本、促使发电效益最大化等经济运行措施进行探讨分析，力争实现社会效益和企业经济效益的最优组合，合理利用黄河水资源。

关键词：经济　运行　水电

1　电站概况
黄河万家寨水利枢纽位于黄河北干流上段托克托至龙口峡谷河段内,是黄河中游梯级开发的第一级,左岸为山西省偏关县,右岸为内蒙古自治区准格尔旗。枢纽主要任务是供水、发电、防洪、防凌等,库容8.96亿立方米,向晋蒙两地每年供水14亿m3。电站装机1080MW,安装6台立轴混流式水轮发电机组,属华北电网大型骨干水电调峰电源。1998年11月首台机组并网发电,2000年底6台机组全部投产。至2004年4月底,累计发电82亿KWh,出力最高达1174.5MW,日发电最高达2232万KWh,月发电纪录为3.4889亿KWh,为晋蒙两地经济发展作出了巨大贡献。

万家寨水利枢纽坝址设计多年径流量200.6亿m3，用于发电和冲沙水量192亿m3，设计多年平均入库沙量1.49亿t。万家寨水库自1998年10月下闸蓄水以来，入库水量一直偏枯，1999～2003年来水量平均为125.6亿m3，仅达到设计多年平均来水量的65；年均来沙量为0.3亿t，为设计多年平均来沙量的30，水库淤积1.4亿m3。由于枢纽坝址黄河来水来沙发生重大变化，水库调度和运用显得比较复杂；电站出线分别接入山西电网和内蒙古蒙西电网，而这两个电网不允许在万家寨联网，其生产管理以及与电网和水调的协调都比较特殊；且1~3#机组在蒙西网担任骨干调峰任务，4~6#机组在山西网担任潮流任务，运行工况较差，机组出现振动、摆度、尾水管压力脉动值超标、转轮裂纹等一系列问题；部分附属设备存在缺陷隐患，这不但影响生产安全，也直接影响发电运行效益。

根据水库运用和电站实际运行情况，为充分利用万家寨水库水能资源，为两网提供优质电能和可靠事故备用容量，实现社会效益和经济效益最大化，电站管理和生产人员就运行优化进行了一系列有益的探索。

2　优化电量生产计划，确保生产任务完成
2.1　合理制定年度计划

根据黄河泥沙含量大的特点，借鉴三门峡枢纽运行经验，水库采用"蓄清排浑"运用方式，每年8-9月为排沙期，10月至翌年4月为蓄水期，5-7月为供水期，6-9月为伏汛期，11月至翌年3月为凌汛期。为充分发挥发电经济效益，生产管理部门积极加强与水调和电调的沟通，根据黄河水情和电网负荷要求，合理制定年度生产计划，并根据实际来水情况进行实时调整。

2.2优化阶段电量计划
根据水库中期来水预报和发电设备情况，科学制定阶段电量计划；通过加强与水调、电调的联系，积极解决好外部影响因素，并努力结合电站自身实际，做到全年不弃水而使水库来水全部通过机组发电泄流，最大限度利用黄河水资源，为企业创造良好的发电效益。

2.2.1　凌汛期
由于气候原因，黄河上游宁夏与内蒙境内河段每年都要封河而形成黄河。11月中旬～翌年2月中旬封河前，上游水库加大泄量以防止出现小流量封河形成冰塞，使过流断面变小，万家寨水库入库增至500m3/s左右，水库限制水位为955～960m，要求日发电量800万KWｈ。封河后入库减至100～350m3/s，库水位逐渐蓄至965m，电站只调峰。为迎接开河期释放的槽蓄水量，2月底库水位降至955m左右运行，2月底至3月下旬日均发电量1000万KWｈ，特别是凌汛洪峰到来的(3月中旬)一周左右时间日发电量应达1600万KWｈ。为充分利用凌汛释放的槽蓄水量,开河后一段时期内注重加大发电量的同时逐渐存蓄水量抬高库水位（从955m蓄至977m），以增加机组出力，降低耗水率。

2.2.2　4～6月
4～6月，凌汛后入库逐渐减小，6月减至100m3/s左右而进入枯水季节，为保证黄河下游用水和黄河中游的不断流，需保证平均出库流量不少于100m3/s，电站只调峰。

2.2.3　伏汛期
6月中旬～9月为伏汛期，平均入库300～400m3/s，库水位需限制在966m以下，日发电量500万KWｈ。10月，上游冬灌使得入库流量少，电站基本做调峰运行。

2.2.3　特殊时期
在某些特殊时期，如遇黄河调水调沙试验、引黄济津等，或者遇到紧急或重大事项时必须按照黄河水调指令进行水量调节，此时应积极与电调协调及时调整发电计划从而确保发电效益。

3　优化设备运行方式，确保运行经济性

3.1　优化机组运行方式，降低生产成本
由于机组在运行中出现了振动大、摆度超标、转轮裂纹等问题。在2001、2002两年电站委托有关科研单位就机组在不同水头不同负荷情况下进行真机综合测试。测试结果显示，在低水头（58m）工况下，负荷在10.8万～18万范围内，机组各主要部位振动基本满足要求；尾水管水压力脉动强度随着负荷降低而加剧，负荷在6万以下时尾水管压力脉动比8万以上负荷高出3倍。在高水头工况（78m）下，负荷在14万以上，机组各主要部位振动基本满足要求；负荷在12万以下时，尾水管压力脉动比在14万以上时高出3倍。根据科学测试和运行实践绘制了机组运行振动区域线(见附图一、附图二)。据此制定了"电站优化运行方式和限制机组最低出力线"方案，本着开机就多带负荷，带就避过振动区的原则，尽可能采取停机备用，控制旋转备用，争取合理负荷以避开机组振动区域运行或尽量减少在振动区域运行时间，延长机组大修周期和使用寿命，降低生产成本，确保机组以较经济状态运行。具体方式为：当水位在960米以下时，单机负荷高效区在10～16万千瓦，限制8万千瓦以下运行；当水位在960米～968米时，单机负荷高效区在12～18万千瓦，限制10万以下运行；当水位在968米以上时，单机负荷高效区在14万千瓦以上，限制12万千瓦以下运行。由于机组还参与网间潮流调节，需经常偏离设计工况而加剧振动，对机组各部零件破坏加大，根据电网机组要求必须在振动区域运行时，由运行人员合理分配机组之间的负荷，尽量只让一台机组带低负荷在振动区运行，而让其他机组在振动区域外参与调节。

3.2　加强技术改造研究，提高自动化运行水平
由于设计、制造、安装等原因和电站处于高寒地带以及黄河泥沙含量大的特点，在投运初期电站设备存在较多问题，运行状况根本不能达到要求，如很多阀门根本关不严，滴冒跑漏司空见惯；二次接线存在一些错误，保护误动拒动时有发生；自动装置不能自动化，需运行人员现场手动操作。针对以上状况，为确保设备安全可靠运行，重点加强技术改造研究，逐步加大技术改造力度，提高设备自动化水平。每年定期进行设备检修，及时完成设备消缺，广泛开展QC活动，为技术改造奠定基础。几年来，陆续改造了机组快速门控制系统、监控系统、中低压气系统、机组油压装置等大约50余项。经过定检、消缺和改造，设备安全性、稳定性、可靠性以及生产自动化程度都显著提高，降低了运行人员误操作率和检修人员的劳动强度，大大提高了电站运行的经济性。

4　优化水库调度方式，降低发电耗水率
4.1　提高伏汛后期运行限制水位，降低机组发电耗水率
根据万家寨河口镇～万家寨区间洪水的特点，在服从水调、保证防汛安全的前提下，分时段采用不同的汛期限制水位，尽量抬高伏汛后期水库运行水位的办法，降低机组发电耗水率，提高发电经济效益。

万家寨坝址洪水来源有两部分，一是头道拐以上黄河干流洪水，其主要来自兰州以上，洪水到万家寨要历时12天，而兰州～头道拐区间为大面积干旱沙地和大面积灌区，是黄河径流支出区，因此干流洪水基本受上游龙羊峡、刘家峡水库控制，不会对万家寨枢纽形成威胁；另一是头道拐至坝址区间洪水（不计大黑河），这部分洪水具有汇流时间短，局部强度大，时段特定性的特点，对万家寨枢纽构成一定威胁。根据原设计方式，万家寨库区伏汛分三个时段，汛前期：6月16日～7月15日、主汛期：7月16日～8月15日、后汛期：8月16日～9月15日。原设计方式运行要求：汛前期末库水位降至966ｍ限制水位，主汛期和后汛期一直保持这个汛限水位，后汛期如进行排沙还要降至957～952ｍ排沙水位运行。在汛前期和主汛期时段内，水库按照汛限水位运行是必要的；而在后汛期时段内，区间已无特大暴雨且枢纽泄流能力也满足要求，故从防洪考虑可以适当抬高汛限水位；从排沙考虑，干流来水可预见期较长，具备排沙流量时能够及时降低水位，没有必要长时低水位运行。为充分发挥水库的防洪和兴利综合效益，结合工程设计洪水和泥沙特点，保证枢纽安全、库尾泥沙淤积不影响上游内蒙河段的前提下，电站组织有关单位就汛期运用水位进行了专题研究，拟实施分期汛限水位，主汛期7月15日～8月15日仍采用966m汛限水位，后汛期汛限水位抬高至970～974m。据测算，提高后期汛限水位后每年可增发电量2.09～2.64亿kwh；如果考虑最不利情况：后汛期最高运用水位为970m，具备排沙运用条件时，还要降低至排沙水位运用，每年仍可增发电量0.85亿kwh，给电站运行带来直接经济效益。

4.2　提高凌汛期实际运行水位，降低机组发电耗水率
黄河凌汛期一般为11月下旬开始流冰花，12月中旬封冻至次年3月平均约110天，封河期槽蓄水量平均14亿m3，3月下旬宁蒙河段开河形成10天左右约1500～3000m3/s的凌峰流量。由于库尾河段河道窄、弯道卡口多，冰凌无法顺利入库，很容易形成冰坝，直接威胁两岸人民生命财产，因此在凌汛期万家寨水库被迫降低运行水位而根本无法按照设计水位运行，这样降低了机组出力而提高了耗水率，影响电站经济运行。经对近年运行数据进行分析研究，电站根据万家寨库区冰情的特点，为使水库能够在凌期按照按设计水位运行而又不对黄河两岸人民造成损失和影响，决定抬高移民搬迁线，将万家寨水库移民搬迁线由原来的984ｍ抬高到现在的987ｍ。这样，移民线抬高后水库按照设计水位运行每年可增发电量1.5亿KWｈ。

5　优化电量分配，加强生产管理，促使发电效益最大化
由于万家寨电站分属两个电网，而两个电网给万家寨的上网电价存在一定的差额，这使得生产管理以及与电网和水调的协调比较特殊，在电力供应紧张的情况下，必须在关键时刻想电网所想，急电网所急，精心调度，确保两个电网的安全；同时想尽各种办法挖掘潜力，优化分配两网电量，确保向电价高的电网多送电，送好电，争取发电效益最大化。另外，采取多种方式加强内部管理，于2002年按照国家有关规定，以发电效益为中心，以安全生产为基础，以提高人员素质为保证，以从严管理为手段，开展了全员参与、全方位管理的"双达标"活动，2003年元月被内蒙古电力集团公司验收为"双达标"水电站；在双达标的基础上，2004年又继续开始开展创一流工作。通过这些认真细致的工作，电站在安全指标管理、经济效益管理、文明生产管理、设备健康管理、科学技术管理等方面均有明显地进步，为确保发电效益最大化奠定了坚实的基础。

6　结束语
万家寨水电站为晋蒙两地发展发挥了巨大的促进作用，如何更好的发挥其优势，将其社会效益和经济效益更合理优化，还有待更深入探讨和研究。